Новые методы обнаружения гравитационных волн сверхнизких частот могут быть объединены с другими, менее чувствительными измерениями, для получения новых сведений о развитии ранней Вселенной, согласно исследователям из Бирмингемского университета (Великобритания).
Гравитационные волны – «рябь» эйнштейновского пространства-времени – которые движутся по Вселенной со скоростью света, характеризуются непрерывным спектром длин волн, или частот. Ученые еще не научились идентифицировать гравитационные волны на экстремально низких «наногерцовых» частотах, однако ожидается, что новые подходы, разрабатываемые в настоящее время, позволят вскоре подтвердить первые гравитационно-волновые сигналы на низкой частоте.
Основной метод предполагает использование радиотелескопов для обнаружения гравитационных волн через наблюдения пульсаров – нейтронных звезд, которые испускают импульсы радиоволн с неизменной регулярностью. Например, исследователи коллаборации NANOGrav производят высокоточные измерения периодов вращения миллисекундных пульсаров – сети лучших «часов», используемых астрономами – расположенных в нашей Галактике. Измерения изменений параметров этой сети пульсаров позволяет отследить влияние гравитационных волн, распространяющихся по Галактике.
Однако вопрос о первоисточнике этого сигнала до сих пор остается дискуссионным. Ученые из Института гравитационно-волновой астрономии Бирмингемского университета считают, что, используя лишь данные по временам прибытия пульсарных сигналов, будет крайне сложно найти ответ на этот вопрос.
Вместо этого в новой статье они высказывают предположение, что объединение этих новых данных с данными наблюдений, проводимых в рамках других проектов, таких как миссия Gaia («Гея») Европейского космического агентства, поможет правильно интерпретировать различные сигналы, относящиеся к самым ранним периодам существования нашей Вселенной.
Основная теория происхождения гравитационных волн сверхнизких частот относит их появление на счет популяции сверхмассивных черных дыр, лежащих в центрах сталкивающихся галактик. При слиянии галактик происходит объединение их центральных сверхмассивных черных дыр, в результате чего формируются двойные черные дыры и генерируются гравитационные волны. В этом случае обнаружение гравитационных волн при помощи измерений параметров сети миллисекундных пульсаров может помочь получить новую ценную информацию об астрофизике «сборки» и роста галактик.
Однако остаются и другие возможности. Наногерцовые гравитационные волны могут рассказать историю «младенчества» нашей Вселенной, то есть эпохи, имевшей место задолго до того, как сформировались галактики и черные дыры. Альтернативная версия предполагала, что гравитационные волны сверхнизких частот могли сформироваться вскоре после Большого взрыва в результате других процессов; так, Вселенная могла пройти через то, что физики называют фазовым переходом при «правильной» температуре.
Главный автор исследования доктор Кристофер Мур (Christopher Moore) сказал: «Первые намеки на обнаружение гравитационно-волнового сигнала при наблюдениях сигнала со стороны сети миллисекундных пульсаров уже были получены коллаборацией NANOGrav, и теперь мы ожидаем, что следующие несколько лет станут «золотым веком» для такого рода научных исследований. Разнообразие возможных объяснений природы этих сигналов завораживает и одновременно пугает. Нам нужен метод, позволяющий отличать друг от друга различные источники такого сигнала. В настоящее время, используя лишь данные наблюдений пульсаров в радиодиапазоне, это очень сложно сделать».